由單片機(jī)控制的單極性的單極性逆變輸出電路本科論

1、 山東交通學(xué)院2014屆畢業(yè)生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目：由單片機(jī)控制的單極性的單極性輸出逆變電路院(系)別 信息科學(xué)與電氣工程學(xué)院 專 業(yè) 自 動(dòng) 化 班 級(jí) 自 動(dòng) 化 101 學(xué) 號(hào) 10081914 姓 名 孫 作 瀟 指導(dǎo)教師 王 旭 光 二一四年 六 月原 創(chuàng) 聲 明本人孫作瀟鄭重聲明：所呈交的論文“由單片機(jī)控制的單極性的單極性輸出逆變電路”，是本人在導(dǎo)師王旭光的指導(dǎo)下開展研究工作所取得的成果。除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體均已在文中以明確方式標(biāo)明，本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果，尊重知識(shí)產(chǎn)

2、權(quán)，并愿為此承擔(dān)一切法律責(zé)任。 論文作者(簽字)： 日期： 2014 年 6 月 9 日 摘 要 當(dāng)今社會(huì)不斷發(fā)展，能源短缺成為人們關(guān)注的問題之一。風(fēng)能，太陽能等可再生資源的利用得到了廣泛的關(guān)注。于是，如何將蓄電池或者發(fā)電機(jī)所供給的直流或者交流電轉(zhuǎn)化為設(shè)備所需的交流電成為逆變技術(shù)領(lǐng)域所需要解決的問題。本文首先對(duì)逆變電路系統(tǒng)的主電路設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，包括整流電路，全橋逆變電路以及保護(hù)電路；其次對(duì)電路設(shè)計(jì)中涉及的控制電路及其各個(gè)芯片的功能做以介紹，包括保護(hù)電路以及程序設(shè)計(jì)；進(jìn)而介紹了逆變過程中所采用的核心即SPWM技術(shù)；最后對(duì)各部分的驅(qū)動(dòng)電路方案進(jìn)行論證。本文在程序設(shè)計(jì)部分中給出了程序設(shè)計(jì)的流

3、程圖，以及單片機(jī)的功能的一些簡單介紹，并從硬件和軟件兩方面展開分析，對(duì)逆變電路的設(shè)計(jì)具有一定的參考價(jià)值。關(guān)鍵字：逆變電路，SPWM技術(shù)，控制電路Abstract The development of the society, the energy shortage has become one of the concerned problems. Wind energy, solar energy and other renewable resources widely attention by. So, how will the batteries or generators supply

4、DC or AC into the equipment required for the technical field of inverter AC becomes the question which needs to solve. Firstly,the design of the main circuitof the inverter circuitof the system is introduced in detail,including therectifier circuit,the full bridge inverter circuit and protection cir

5、cuit;then the functions of control circuit and the chip involved in circuit design to be introduced,including theprotection circuit andprogram design;then introduces thecore technology oftheSPWMinverterprocess;finallyto analyzedriving circuitscheme of each part.This papergives the flow chartof progr

6、am designin the programdesign,and the singlefunctionof some simple introduction,and launches theanalysis from two aspectsof hardware and software,has thecertain reference value to the design ofinverter circuit.Keywords:inverter,SPWM,control circuit目 錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc390432581 1 前言 PAGE

7、REF _Toc390432581 h 1 HYPERLINK l _Toc390432582 1.1 課題背景 PAGEREF _Toc390432582 h 1 HYPERLINK l _Toc390432583 1.2 逆變技術(shù)概況和發(fā)展階段 PAGEREF _Toc390432583 h 1 HYPERLINK l _Toc390432584 1.3 現(xiàn)代逆變技術(shù)的分類 PAGEREF _Toc390432584 h 2 HYPERLINK l _Toc390432585 1.4 本文研究的主要內(nèi)容 PAGEREF _Toc390432585 h 2 HYPERLINK l _Toc3

8、90432586 2主電路及其工作原理 PAGEREF _Toc390432586 h 4 HYPERLINK l _Toc390432587 2.1 幾種常見的逆變電路結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc390432587 h 4 HYPERLINK l _Toc390432588 2.1.1 推挽式逆變電路 PAGEREF _Toc390432588 h 4 HYPERLINK l _Toc390432589 半橋式逆變電路 PAGEREF _Toc390432589 h 5 HYPERLINK l _Toc390432590 單相全橋式逆變電路 PAGEREF _Toc390432590 h

9、6 HYPERLINK l _Toc390432591 2.1.4 三種電路的比較 PAGEREF _Toc390432591 h 6 HYPERLINK l _Toc390432592 2.2 主電路各器件的參數(shù)選定 PAGEREF _Toc390432592 h 7 HYPERLINK l _Toc390432593 2.3 濾波電路的設(shè)計(jì)以及參數(shù)選擇 PAGEREF _Toc390432593 h 8 HYPERLINK l _Toc390432594 2.3.1 LC濾波電路的設(shè)計(jì)步驟 PAGEREF _Toc390432594 h 8 HYPERLINK l _Toc39043259

10、5 2.3.2 LC濾波電路的參數(shù)選擇 PAGEREF _Toc390432595 h 9 HYPERLINK l _Toc390432596 3 驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc390432596 h 11 HYPERLINK l _Toc390432597 3.1 IGBT的簡單介紹 PAGEREF _Toc390432597 h 11 HYPERLINK l _Toc390432598 3.1.1 IGBT的靜態(tài)特性 PAGEREF _Toc390432598 h 11 HYPERLINK l _Toc390432599 3.1.2 IGBT的動(dòng)態(tài)特性 PAGEREF _Toc3

11、90432599 h 12 HYPERLINK l _Toc390432600 3.2 場控器件的驅(qū)動(dòng) PAGEREF _Toc390432600 h 12 HYPERLINK l _Toc390432601 3.2.1 單管驅(qū)動(dòng)電路 PAGEREF _Toc390432601 h 13 HYPERLINK l _Toc390432602 推挽式驅(qū)動(dòng)電路 PAGEREF _Toc390432602 h 13 HYPERLINK l _Toc390432603 磁耦合驅(qū)動(dòng)電路 PAGEREF _Toc390432603 h 14 HYPERLINK l _Toc390432604 3.3 場控元

12、器件的柵極保護(hù) PAGEREF _Toc390432604 h 15 HYPERLINK l _Toc390432605 3.4 IR2110驅(qū)動(dòng)器 PAGEREF _Toc390432605 h 15 HYPERLINK l _Toc390432606 3.4.1 IR2110引腳介紹 PAGEREF _Toc390432606 h 16 HYPERLINK l _Toc390432607 3.4.2 IR2110工作原理 PAGEREF _Toc390432607 h 17 HYPERLINK l _Toc390432608 3.5 6N137高速光耦合器 PAGEREF _Toc3904

13、32608 h 18 HYPERLINK l _Toc390432609 3.5.1 6N137內(nèi)部結(jié)構(gòu)及原理 PAGEREF _Toc390432609 h 18 HYPERLINK l _Toc390432610 3.5.2 6N137的使用方法 PAGEREF _Toc390432610 h 19 HYPERLINK l _Toc390432611 4 控制電路的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc390432611 h 21 HYPERLINK l _Toc390432612 4.1 SPWM控制技術(shù) PAGEREF _Toc390432612 h 21 HYPERLINK l _Toc39

14、0432613 4.1.1 SPWM基本原理 PAGEREF _Toc390432613 h 21 HYPERLINK l _Toc390432614 4.1.2 SPWM的實(shí)現(xiàn)方法 PAGEREF _Toc390432614 h 22 HYPERLINK l _Toc390432615 4.1.3 SPWM波的調(diào)制 PAGEREF _Toc390432615 h 25 HYPERLINK l _Toc390432616 4.1.4 調(diào)制時(shí)間的計(jì)算 PAGEREF _Toc390432616 h 25 HYPERLINK l _Toc390432617 4.2 80C51單片機(jī)的簡單介紹 PA

15、GEREF _Toc390432617 h 26 HYPERLINK l _Toc390432618 4.2.1 單片機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用 PAGEREF _Toc390432618 h 26 HYPERLINK l _Toc390432619 4.2.2 80C51的基本結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc390432619 h 27 HYPERLINK l _Toc390432620 4.2.3 80C51定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作方式 PAGEREF _Toc390432620 h 28 HYPERLINK l _Toc390432621 4.3 軟件設(shè)計(jì)思路 PAGEREF _Toc390432621

16、h 29 HYPERLINK l _Toc390432622 4.3.1 SPWM脈沖列的控制 PAGEREF _Toc390432622 h 30 HYPERLINK l _Toc390432623 4.3.2 單片機(jī)查表法生成SPWM控制脈沖列 PAGEREF _Toc390432623 h 31 HYPERLINK l _Toc390432624 結(jié) 論 PAGEREF _Toc390432624 h 34 HYPERLINK l _Toc390432625 致 謝 PAGEREF _Toc390432625 h 35 HYPERLINK l _Toc390432626 參考文獻(xiàn) PAG

17、EREF _Toc390432626 h 361 前言1.1 課題背景現(xiàn)實(shí)狀態(tài)下，人類努力實(shí)現(xiàn)著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，但是在有限資源和環(huán)境嚴(yán)格要求的雙重制約下，經(jīng)濟(jì)發(fā)展問題成為重要話題，而更為突出的確實(shí)能源問題。主要體現(xiàn)在環(huán)境污染，能源短缺和溫室效應(yīng)等問題上。于是，人們開始試圖通過科技進(jìn)步，大規(guī)模的開發(fā)利用可再生潔凈能源的途徑來解決現(xiàn)實(shí)的困境。另一個(gè)原因就是由于太陽能和風(fēng)能等能源具有儲(chǔ)量大，普遍存在，利用經(jīng)濟(jì)和清潔環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。其實(shí)，從二十世紀(jì)九十年代開始，太陽能發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電等可再生能源的利用技術(shù)已經(jīng)成為世界能源電力市場的新星迅速發(fā)展起來了。光伏發(fā)電系統(tǒng)主要是由太陽電池陣列，充電控制器，蓄電

18、池以及逆變電路組成。其中逆變電路是系統(tǒng)中重要的組成部分，它完成直流電能到交流電源的變換，即將太陽能電池發(fā)出的直流電變換成用戶要求的高質(zhì)量定頻定壓正弦交流電能。在這個(gè)過程中，首先需要有合理的電路結(jié)構(gòu)，還有嚴(yán)格的元器件賽選，這是保證逆變電源產(chǎn)品不受影響的必備條件。不近如此，逆變電路也應(yīng)具備保護(hù)功能。除此之外，還要求系統(tǒng)能夠適應(yīng)較寬的直流電源輸入范圍，且其輸出電壓與頻率保持穩(wěn)定的狀態(tài)，并且具有良好的負(fù)載變化動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能。高性能的逆變電路應(yīng)該具有對(duì)輸出電壓進(jìn)行高要求的高頻濾波處理。由此可見逆變電路技術(shù)設(shè)計(jì)了電力電子技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)等多個(gè)學(xué)科，其相關(guān)產(chǎn)品工業(yè)應(yīng)用和日常生活方面具有廣闊的市場和應(yīng)用前景。1

19、.2 逆變技術(shù)概況和發(fā)展階段通常，把交流電變成直流電的過程叫做整流；反過來將直流電變成交流電的過程叫做逆變。電力電子技術(shù)從1956年晶閘管問世，電力電子學(xué)誕生，至今已有近60年的發(fā)展歷城，目前已經(jīng)基本行程比較完整的理論和學(xué)科體系，并成為一門獨(dú)立的學(xué)科。尤其在最近二十年，電力電子學(xué)獲得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，被視為人類社會(huì)上的第二次電子革命，Bose教授認(rèn)為：電力電子技術(shù)在世界范圍的工業(yè)文明發(fā)展中所起的作用可能僅次于計(jì)算機(jī)。從21世紀(jì)開始，將對(duì)工業(yè)自動(dòng)化，交通運(yùn)輸，城市供電，節(jié)能和環(huán)境污染控制等方面的發(fā)展。產(chǎn)生了巨大的推動(dòng)作用。目前國內(nèi)外研究得比較多的主要有 PID 控制、無差拍控制、雙環(huán)反饋控制、重

20、復(fù)控制、滑模變結(jié)構(gòu)控制、模糊控制以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等。PID 控制是一種傳統(tǒng)控制方法，由于其算法簡單成熟，設(shè)計(jì)過程中不過分依賴系統(tǒng)參數(shù)，魯棒性好和可靠性高，在模擬控制的正弦波逆變電源系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。隨著微處理器技術(shù)的發(fā)展，具有較快的動(dòng)、靜態(tài)響應(yīng)特性數(shù)字 PID 算法也獲得了應(yīng)用。在將來工業(yè)高度自動(dòng)化的情況下，計(jì)算機(jī)技術(shù)，電力電子技術(shù)以及自動(dòng)控制技術(shù)將成為三種最重要的技術(shù)。從而逆變器技術(shù)，將成為電力電子技術(shù)中最重要的組成部分之一。一般認(rèn)為，逆變技術(shù)的發(fā)展可分為兩個(gè)階段：19561980年為傳統(tǒng)發(fā)展階段。這個(gè)階段的特點(diǎn)是，開關(guān)期間以低速器件為主，逆變器的開關(guān)頻率較低，波形改善以多重疊加法為主

21、，體積重量交大，逆變效率低，正弦波逆變器開始出現(xiàn)。1980年至今為高頻化新技術(shù)階段，這個(gè)階段的特點(diǎn)是，開關(guān)器件以高速期間為主，逆變器的開關(guān)頻率較高，波形改善以PWM法為主，體積重量較小，逆變效率較高。正弦波逆變技術(shù)發(fā)展日趨完善。逆變技術(shù)經(jīng)歷了不同的階段逐漸發(fā)展起來，從一開始通過直流電動(dòng)機(jī)到交流電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方式逆變技術(shù)，發(fā)展到二十世紀(jì)六七十年代的晶閘管逆變技術(shù)，再到21世紀(jì)，逆變技術(shù)多采用了MOSFET，IGBT，GTO，IGCT，MCT等多鐘先進(jìn)且易于控制的功率器件，控制電路的發(fā)展也從模式集成電路發(fā)展到單片機(jī)控制甚至采用數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）控制。逆變電源在人們的日常生活中起到了不可或缺的作

22、用：變頻空調(diào)，變頻冰箱到航空領(lǐng)域的機(jī)載設(shè)備，也都用逆變電源的存在。毋庸置疑，隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)和各種新型功率器件的不斷發(fā)展，逆變裝置也講想著體積更加小，效率更加高，性能指標(biāo)更加優(yōu)越的方向發(fā)展。1.3 現(xiàn)代逆變技術(shù)的分類現(xiàn)代逆變技術(shù)的種類很多，可以按照不同的形式進(jìn)行分類。其主要的分類方式有下列幾種：1）按逆變器輸出交流的頻率，可以分為工頻逆變，中頻逆變和高頻逆變。工頻逆變一般是指5060Hz的逆變器；中頻逆變的頻率一般是400Hz到十幾KHz；高頻逆變器的頻率則一般為十幾KHz到MHz。這里需要說明的是，在現(xiàn)代高頻開關(guān)電源領(lǐng)域，500KHz以上的才算是高頻，但是在逆變領(lǐng)域，有事功率比較大，20K

23、Hz的超音頻被認(rèn)為是高頻。2）按逆變器輸出的相數(shù)，可分為單相逆變，三相逆變和多相逆變。3）按逆變器輸出的能量去想，可分為有源逆變和無源逆變。4）按逆變主電路的形式，可分為單端式，推挽式，半橋式和全橋式。5）逆變開關(guān)器件的類型，可分為晶閘管逆變，晶體管逆變，場效應(yīng)管逆變，IGBT逆變，等等。6）輸出穩(wěn)定的參量，可分為電壓型逆變和電流型逆變。7）接輸出電壓或者電流的波形，可分為正弦波輸出逆變和非正弦波輸出逆變。8）按控制方式，可分為調(diào)頻式逆變和調(diào)脈寬式逆變。9）按逆變開關(guān)電路的工作方式，可分為諧振式逆變，定頻硬開關(guān)式逆變和電頻軟開關(guān)式逆變。1.4 本文研究的主要內(nèi)容本文主要是基于單片機(jī)控制的單極性

24、逆變電路的設(shè)計(jì)。實(shí)現(xiàn)直流到頻率達(dá)到要求的交流的功能。結(jié)合現(xiàn)在市面上已有的各種芯片的控制功能對(duì)SPWM專用芯片電路進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，在此過程中用到了性能可靠的可編程單片微型機(jī)80C51進(jìn)行各種控制以及保護(hù)的輸出，提高了電路系統(tǒng)的可靠性。本文主要研究的內(nèi)容如下：1）對(duì)基于SPWM技術(shù)的逆變電源進(jìn)行了設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)并對(duì)比個(gè)中主電路的優(yōu)缺點(diǎn)。2）應(yīng)用單片機(jī)80C51完成基于SPWM技術(shù)的逆變電源的軟硬件的設(shè)計(jì)。3）各種驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)以及保護(hù)電路的設(shè)計(jì)。4）對(duì)文章的總結(jié)。2主電路及其工作原理2.1 幾種常見的逆變電路結(jié)構(gòu)逆變電路設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)按照主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分類，可分為推挽式逆變結(jié)構(gòu)，半橋逆變結(jié)構(gòu)，全橋逆變結(jié)構(gòu)三種

25、。另外根據(jù)輸出相數(shù)的不同還可以分為單相逆變氣和三相逆變器。本文只介紹前三種。2.1.1 推挽式逆變電路圖2.1推挽式結(jié)構(gòu)電路Fig.2.1 push-pull circuit structure圖2.2推挽電路波形Fig.2.2 push-pull circuit waveform圖2.3推挽電路負(fù)載為感性負(fù)載Fig.2.3 push-pull circuit load of inductive load圖2.1是單向推挽式逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，該電路有兩只功率開關(guān)器件和一個(gè)初級(jí)帶有中心抽頭的升壓變壓器組成，若交流電負(fù)載為純阻性負(fù)債，當(dāng)t1tt2時(shí)，VT1功率管加上驅(qū)動(dòng)信號(hào)后導(dǎo)通，VT2截止，變壓

26、器輸出端感應(yīng)出正電壓；當(dāng)t3tt4時(shí)，VT2功率管加上驅(qū)動(dòng)信號(hào)后導(dǎo)通，VT1截止，變壓器輸出端輸出負(fù)電壓波形圖如2-2所示，若負(fù)載為感性負(fù)載，則變壓器內(nèi)的電流波形連續(xù)，輸出電壓，電流如圖2.3所示，推挽逆變器的輸出只有兩種狀態(tài)+U和U兩種狀態(tài)，實(shí)際上是雙極性調(diào)制，通過調(diào)節(jié)VT1和VT2的占空比來調(diào)節(jié)輸出電壓。2.1.2半橋式逆變電路圖2.4半橋式逆變電路結(jié)構(gòu)Fig.2.4 half bridge inverter circuit structure 半橋式逆變電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2.4所示，兩只串聯(lián)的電容中點(diǎn)作為參考點(diǎn)，當(dāng)開關(guān)原件VT1導(dǎo)通時(shí)，電容C1上的能量釋放到負(fù)載上，而當(dāng)VT2導(dǎo)通時(shí)，電容

27、C2上的能量釋放到負(fù)載上，VT1和VT2輪流導(dǎo)通時(shí)在負(fù)載兩端獲得了交流電能，半橋式逆變電路在功率開關(guān)原件不導(dǎo)通時(shí)承受直流電源電壓Ud，由于電容C1和C2兩端的電壓均為直流電源電壓的一半，因此功率原件VT1和VT2所承受的電流為二倍的干路電流。2.1.3單相全橋式逆變電路圖2.5單相全橋式逆變電路Fig.2.5 single phase full bridge inverter circuit單相全橋逆變電路又稱為“H橋”電路，圖2-5為單相全橋逆變電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，該電路有兩個(gè)半橋電路組成，我們以方波為例說明單相全橋電路的工作原理。工作時(shí)，Q1和Q2通斷互補(bǔ)，Q3和Q4通斷互補(bǔ)，其控制規(guī)律為：在

28、輸入電壓正半周，Q1導(dǎo)通Q2關(guān)斷，Q3和Q4交替通斷，負(fù)載電流比電壓滯后。在電壓正半周，電流有一段區(qū)間為正，一段區(qū)間為負(fù)。負(fù)載電流為正的區(qū)間，Q1和Q4導(dǎo)通時(shí)，輸出電壓U等于電源電壓。Q4關(guān)斷時(shí)，負(fù)載電流通過Q1和D2續(xù)流。這時(shí)，U=0。負(fù)載電流為負(fù)的區(qū)間，Q1和Q4仍然導(dǎo)通。電流為負(fù)，實(shí)際上電流從D1和D3流過，仍有輸出電壓等于電源電壓。Q4關(guān)斷Q3開通后，電流從Q3和D1續(xù)流。輸出電壓為0。輸出電壓U總可得到電源電壓和零兩種電平。在輸出電壓U為負(fù)半周，Q2保持導(dǎo)通，Q1保持關(guān)斷，Q3和Q4交替通斷。U可得到負(fù)的電源電壓和零兩種電平。根據(jù)三角波和正弦波的相對(duì)極性的不同，正弦波脈寬調(diào)制可以分為

29、單極性和雙極性SPWM兩種控制。2.1.4 三種電路的比較推挽式方波逆變器的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡單，另個(gè)功率管可以公地驅(qū)動(dòng)，但功率管承受開關(guān)電壓為二倍的直流電壓，適合應(yīng)用于直流母線電壓較低的場合。另外，變壓器的利用率較低，驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載困難。半橋逆變電路結(jié)構(gòu)簡單，由于兩只串聯(lián)電容的作用，不會(huì)產(chǎn)生磁偏或者直流分量，非常適合后級(jí)帶動(dòng)變壓器負(fù)載，另外，當(dāng)該電路工作在工頻時(shí)，電容必須選取較大的容量以控制兩個(gè)電容器電壓的均衡，使電路的成本上升，因此該電路主要應(yīng)用于高頻逆變場合。全橋逆變電路共有四個(gè)橋臂，可以看成由兩個(gè)半橋電路組合而成。其輸出電壓U的波形與半橋電路的波形形狀相同，也是矩形波，但其幅值高出一倍。其在

30、直流電壓和負(fù)載都都相同的情況下，其輸出電流的波形也和半橋輸出電流波形相同，僅僅幅值增加一倍。關(guān)于無功能量的變換，對(duì)于半橋逆變電路的分析也完全適合于全橋逆變電路。因此，全橋逆變電路是單相逆變電路中應(yīng)用最多的。鑒于上述分析，本文逆變電路設(shè)計(jì)采用全橋逆變電路。2.2 主電路各器件的參數(shù)選定（1）假設(shè)本文所要求的系統(tǒng)為1KVA的額定容量和高頻SPWM調(diào)制方式,故逆變主功率器件選擇絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)。IGBT綜合了MOSFET和GTR的優(yōu)點(diǎn),具有開關(guān)速度快,輸入阻抗高,驅(qū)動(dòng)功率低,通流能力強(qiáng)的特點(diǎn),目前IGBT的電流電壓等級(jí)已達(dá)1800A/1200V,關(guān)斷時(shí)問己縮短到40ns,工作頻率可達(dá)4

31、0kHz,擎住現(xiàn)象得到改善,安全工作區(qū)域擴(kuò)大。 系統(tǒng)的額定容量為1KVA,額定輸入直流電壓為22OV,考慮電壓波動(dòng)及開關(guān)電流引起的電壓尖峰等因素,取耐壓值Vcer為600V系列的IGBT功率管即可。由于蓄電池直流電壓選擇為220V,則放電時(shí)的最低工作電壓為220v,考慮采用SPWM控制時(shí)的調(diào)制深度及基波含量,變壓器原邊電壓選擇為130V,副邊電壓選擇為22OV,所以變壓器原邊額定電為39A,其峰值電流為55A,考慮負(fù)載類型及允許的過載倍數(shù), IGBT的額定電流值按1.5一3倍額定選擇,我們選用電壓電流等級(jí)為600V/150A的日本三菱公司的CM150DY一12型IGBT。 （2）續(xù)流二極管作用

32、為：續(xù)流二極管都是并聯(lián)在線圈的兩端，線圈在通過電流時(shí)，會(huì)在其兩端產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢。當(dāng)電流消失時(shí)，其感應(yīng)電動(dòng)勢會(huì)對(duì)電路中的原件產(chǎn)生反向電壓。當(dāng)反向電壓高于原件的反向擊穿電壓時(shí)，會(huì)把原件如三極管，等造成損壞。續(xù)流二極管并聯(lián)在線兩端，當(dāng)流過線圈中的電流消失時(shí)，線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢通過二極管和線圈構(gòu)成的回路做功而消耗掉。從而保護(hù)了電路中的其它原件的安全。肖特基二極管和快恢復(fù)二極管是常用的兩種整流二極管。但肖特基二極管的反向漏電流較大并且反向耐壓較低，所以本文選用的是快恢復(fù)二極管。（3）熔斷器的作用：熔斷器的作用：熔斷器其實(shí)就是一種短路保護(hù)器，廣泛用于配電系統(tǒng)喝控制系統(tǒng)，主要進(jìn)行短路保護(hù)或嚴(yán)重過載保護(hù)。熔

33、斷器是一種簡單而有效的保護(hù)電器。在電路中主要是起短路保護(hù)作用。它主要是有熔體和安裝熔體的絕緣管當(dāng)電路發(fā)生故障時(shí)，熔斷器瞬時(shí)熔斷而分?jǐn)嚯娐?，起到保護(hù)作用。（4）過電流保護(hù)的接線方式是指保護(hù)中電流互感器與繼電器的連接方式。正確地選擇保護(hù)的接線方式，對(duì)保護(hù)的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)性能都有很大影響。其基本接線方式有三種：三相三繼電器的完全星形接線方式，兩相兩繼電器的不完全星形接線方式，兩相一繼電器的兩相電流差接線方式。其中三相三繼電器完全星形接線方式，對(duì)各種形式的短路都起保護(hù)作用，且靈敏度高，而兩相兩繼電器不完全星形接線和兩相一繼電器的兩相電流差接線方式，只能對(duì)三相短路和各種相間短路起保護(hù)作用，當(dāng)在沒有裝電流互感

34、器的一相發(fā)生短路時(shí)，保護(hù)不會(huì)動(dòng)作。 圖2.6 過流保護(hù)電路裝置圖Fig.2.6 over-current protection circuit devices2.3 濾波電路的設(shè)計(jì)以及參數(shù)選擇2.3.1 LC濾波電路的設(shè)計(jì)步驟一般而言，逆變輸出的LC濾波器設(shè)計(jì)的步驟大致如下：（1）明確輸出所需要的最高輸出頻率與不需要的最低次高頻諧波頻率，在二者之間明確一個(gè)頻率可作為濾波轉(zhuǎn)折頻率，這一頻率必須在最大設(shè)計(jì)負(fù)載下，基本不影響前者幅度，相位，盡可能衰減后者，（衰減倍數(shù)可以按照濾波后單次諧波含量等要求設(shè)計(jì)），一般可以將轉(zhuǎn)折頻率選取在需要輸出的最高頻率和最低諧波頻率的對(duì)數(shù)中點(diǎn)，還可以依據(jù)應(yīng)用要求（如濾波器

35、尺寸）適當(dāng)偏移這一頻率。（2）將輸出視為理想電壓源，根據(jù)逆變開關(guān)電路的具體工作模式，開關(guān)頻率以及濾波電感電容高頻電流紋波要求，確定濾波電感的電感量，一般開關(guān)頻率越高，濾波電感量越大。各種不同的工作模式下逆變開關(guān)電路輸出電流紋波情況是不一致的。濾波器參數(shù)與逆變器特性，控制性能密切相關(guān)，一般而言，只要是乘積一致，濾波電感相對(duì)較大和濾波電容相對(duì)較大對(duì)濾波器幅頻相頻等穩(wěn)定特性影響是一致的，但對(duì)系統(tǒng)瞬態(tài)特性，電氣應(yīng)力，損耗等效應(yīng)影響不一致，必須進(jìn)行嚴(yán)格的設(shè)計(jì)。在實(shí)際應(yīng)用中，LC濾波器往往考慮諸如全橋逆變電路共模干擾抑制等要求。2.3.2 LC濾波電路的參數(shù)選擇圖2.7理想濾波器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)Fig.2.7 i

36、deal filter topology 逆變開關(guān)電路的直接輸出總是具有非常豐富的高次諧波成分，而負(fù)載需要的電源頻譜范圍則要一般窄的多。在SPWM技術(shù)中，開關(guān)電路使用面積等效原理/電壓平均值模型來獲取所需要輸出的低頻/基波成分，但消除響應(yīng)多余高次諧波的任務(wù)就必須由濾波器來完成。大部分高頻開關(guān)工作的逆變器都使用濾波器來獲得接近基準(zhǔn)的理想輸出。逆變器對(duì)輸出濾波的要求呈低通特性，盡可能不影響需要的頻率成分的幅值，相位。此外的諧波成分要盡量衰減，理論上應(yīng)與逆變器的其他部分一樣不損耗能量等等。顯然，滿足上面要求的最簡單的濾波器結(jié)構(gòu)是LC二階低通濾波器，如圖2.7。以純電阻負(fù)載為例，容易得到起傳遞函數(shù)為：

37、W(S)= （2.1）濾波器特征阻抗為：Z= （2.2） 諧振角頻率為： （2.3）諧振頻率為： （2.4）品質(zhì)因數(shù)定義為：Q= （2.5）那么濾波器與電阻負(fù)載的傳遞函數(shù)為：W(S)= （2.6）從式2.6可以分析濾波器的幅度-頻率特性以及相位-頻率特性，在品質(zhì)因數(shù)不是特別低的情況下，以諧振角頻率為轉(zhuǎn)折頻率，對(duì)于角頻率遠(yuǎn)小于轉(zhuǎn)折頻率的輸入信號(hào)，濾波器對(duì)其幅度的增益為0dB，也就是不衰減也不放大，濾波后其相位移為零；對(duì)于頻率遠(yuǎn)高于轉(zhuǎn)折頻率的輸入信號(hào)，濾波器按40dB每十倍頻（相對(duì)轉(zhuǎn)折頻率）進(jìn)行幅度衰減，并且相移約一百八十度即基本上反相。所以，為了活的好的濾波性能，一般需要濾波器的轉(zhuǎn)折頻率遠(yuǎn)大于輸

38、出基波頻率，同時(shí)遠(yuǎn)小于開關(guān)頻率。負(fù)載電阻也可以看成是多濾波原件LC諧振的并聯(lián)阻尼，負(fù)載越重負(fù)載電阻越小，品質(zhì)因數(shù)越低，阻尼越大，在輸出負(fù)載很小甚至空載的情況下，在諧振轉(zhuǎn)折頻率附近頻率的輸入型號(hào)都會(huì)得到一個(gè)大的增益，當(dāng)轉(zhuǎn)折頻率過于接近輸出需要的最高頻率分量或者開關(guān)頻率時(shí)，都容易引起控制的不穩(wěn)定性。3 驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)3.1 IGBT的簡單介紹 IGBT是MOSFET與雙極晶體管的復(fù)合器件。它既有MOSFET易驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)，又具有功率晶體管電壓、電流容量大等優(yōu)點(diǎn)。其頻率特性介于MOSFET與功率晶體管之間，可正常工作于幾十kHz頻率范圍內(nèi)，故在較高頻率的大、中功率應(yīng)用中占據(jù)了主導(dǎo)地位。IGBT是電壓控

39、制型器件，在它的柵極發(fā)射極間施加十幾V的直流電壓，只有A級(jí)的漏電流流過，基本上不消耗功率。但I(xiàn)GBT的柵極發(fā)射極間存在著較大的寄生電容（幾千至上萬pF），在驅(qū)動(dòng)脈沖電壓的上升及下降沿需要提供數(shù)A的充放電電流，才能滿足開通和關(guān)斷的動(dòng)態(tài)要求，這使得它的驅(qū)動(dòng)電路也必須輸出一定的峰值電流。IGBT作為一種大功率的復(fù)合器件，存在著過流時(shí)可能發(fā)生鎖定現(xiàn)象而造成損壞的問題。在過流時(shí)如采用一般的速度封鎖柵極電壓，過高的電流變化率會(huì)引起過電壓，為此需要采用軟關(guān)斷技術(shù)，因而掌握好IGBT的驅(qū)動(dòng)和保護(hù)特性是十分必要的。3.1.1 IGBT的靜態(tài)特性IGBT是一種電壓控制型器件，通過改變柵極G和發(fā)射極E之間的電壓來控

40、制集電極電流I的大小，柵極也沒有電流，不可能有類似普通雙極性晶體管的輸入特性，反映控制特性曲線稱為轉(zhuǎn)移特性曲線，如圖（3.1）所示。柵極-發(fā)射極之間的電壓較小時(shí)沒有集電極電流；當(dāng)它們之間的電壓達(dá)到開啟電壓時(shí)，開始出現(xiàn)集電極電流，隨著柵極-發(fā)射極之間的電壓的增加，集電極電流也開始增大。因此，IGBT也是一個(gè)電壓控制型器件。這一點(diǎn)和MOSFET類似。圖3.1 IGBT的轉(zhuǎn)移特性Fig.3.1 transfer characteristics of IGBT圖3.2 IGBT的輸出特性曲線Fig3.2 IGBT output characteristic curve反映集電極電流與集電極-發(fā)射極間電

41、壓關(guān)系的曲線為輸出特性曲線，是以曲線族，如果4.2所示。曲線族中每條曲線由一個(gè)固定的電壓值所確定。在這個(gè)電壓值很小時(shí)，電流隨著電壓的增加而迅速上升，這個(gè)區(qū)域稱為線性導(dǎo)電區(qū)。當(dāng)Uce增大到一定的值，Ic不再跟隨Uce的變化而基本保持恒定，該區(qū)域稱為恒流飽和區(qū)；如果繼續(xù)增大Uce的值，使電壓超過了期間所承受能力。則曲線進(jìn)入擊穿區(qū)。電流增大，如圖3.2中曲線彎曲部分。3.1.2 IGBT的動(dòng)態(tài)特性IGBT在開通和關(guān)斷過程中集電極電流Ic與柵極電壓也存在著一定的延時(shí)。從柵極-發(fā)射極之間電壓Uce上升到穩(wěn)態(tài)電壓值的百分之十到集電極電流上升到穩(wěn)態(tài)值電流的百分之十對(duì)應(yīng)的時(shí)間稱為開通延遲時(shí)間Td。這段延遲時(shí)間

42、的產(chǎn)生機(jī)制與MOSFET相似。從Ic上升到到穩(wěn)態(tài)值的百分之十到百分之九十所對(duì)應(yīng)的時(shí)間稱為上升時(shí)間Tr。整個(gè)開通過程對(duì)應(yīng)的時(shí)間為開通時(shí)間Ton，Ton=Td+Tr。欲使IGBT關(guān)斷，需要驅(qū)動(dòng)信號(hào)源的電壓下降到零或者負(fù)值，但由于G-E之間輸入電容的作用，G-E之間的電壓Uce不能突跳而是逐漸下降，下降到一定程度時(shí)集電極電流才開始下降。把從Uce下降到原來的百分之九十到Ic下降到穩(wěn)態(tài)值的百分之九十所對(duì)應(yīng)的時(shí)間稱為關(guān)斷延遲時(shí)間Ts；Ic從穩(wěn)態(tài)值的百分之九十下降到穩(wěn)態(tài)值的百分之十對(duì)應(yīng)的時(shí)間稱為下降時(shí)間Tf。關(guān)斷時(shí)間Toff=Ts+Tf。3.2 場控器件的驅(qū)動(dòng)對(duì)于場控器件的驅(qū)動(dòng)，由于柵極和源極之間是絕緣的

43、，所以在期間導(dǎo)通和關(guān)斷的穩(wěn)定狀態(tài)都不可能出現(xiàn)柵極電流，需要的僅僅是一個(gè)柵極電壓。但是期間的各個(gè)電極之間都存在這電容，從驅(qū)動(dòng)的輸入端看相當(dāng)于一個(gè)電容網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)電壓的變化將影響電容充放電電流。充放電時(shí)間常數(shù)影響柵極電壓變化的速率，進(jìn)而影響期間的開關(guān)速度，時(shí)間常數(shù)越大，充放電時(shí)間就越長。為了減少時(shí)間常數(shù)，要求驅(qū)動(dòng)回路的電阻盡可能的小。這里應(yīng)當(dāng)注意的是：欲使場控器件關(guān)斷必須為柵極-源極之間提供放電電路或者在柵極源極之間加反電壓，不能簡單的認(rèn)為撤掉柵極-源極之間的正向驅(qū)動(dòng)電壓而使他們之間開路。3.2.1 單管驅(qū)動(dòng)電路圖3.3所示為簡單的單管驅(qū)動(dòng)電路，Us為驅(qū)動(dòng)信號(hào)源。Us為正時(shí)晶體管VT導(dǎo)通，其發(fā)射

44、極電流為被驅(qū)動(dòng)的MOSFET的輸入電容充電，是柵極電位迅速上升，MOSFET開通。Us為0時(shí)VT截止，MOSFET柵極-源極之間儲(chǔ)存的電荷經(jīng)過VD和信號(hào)源放電，使MOSFET關(guān)斷。圖3.3單管驅(qū)動(dòng)電路Fig.3.3 single tube driving circuit3.2.2推挽式驅(qū)動(dòng)電路圖3.4為推挽式驅(qū)動(dòng)電路，當(dāng)Us為正時(shí)晶體管VT1導(dǎo)通VT2截至，VT1發(fā)射極電流為被驅(qū)動(dòng)的MOSFET的輸入電容充電，MOSFET開通。Us為0時(shí)晶體管VT2導(dǎo)通VT1截止，MOSFET的輸入電容存儲(chǔ)的電荷通過VT2迅速釋放，使MOSFET關(guān)斷。圖3.4 推挽式驅(qū)動(dòng)電路Fig.3.4 push-pull

45、 driving circuit3.2.3磁耦合驅(qū)動(dòng)電路在有些場合，需要在驅(qū)動(dòng)電路和主電路之間實(shí)行電氣隔離，如多個(gè)電力電子器件組成橋式連接時(shí)，控制電路共地而各個(gè)橋臂開通器件的電位各不相等，電氣隔離是必需的。隔離的方法多采用脈沖變壓器實(shí)現(xiàn)磁耦合或者通過光電器件實(shí)現(xiàn)光電耦合。圖3.5是一種簡單的磁耦合驅(qū)動(dòng)電路。晶體管VT導(dǎo)通時(shí)脈沖變壓器初級(jí)線圈中的電流上升，使得次級(jí)線圈感應(yīng)出上正下負(fù)的電壓。該電壓通過二極管VD1為MOSFET的輸入電容充電，使MOSFET導(dǎo)通。VT關(guān)斷時(shí)脈沖變壓器的初級(jí)線圈中的電流下降，次級(jí)線圈中感應(yīng)出上負(fù)下正的電壓，使MOSFET的輸入電容反相充電，柵極-源極之間的電壓由正變負(fù)

46、，MOSFET關(guān)斷。圖3.5中VD2為續(xù)流二極管，為晶體管關(guān)斷后線圈中的電流提供通路。該二極管的導(dǎo)通壓降很小，會(huì)使線圈電流經(jīng)過很長的時(shí)間才能衰減到零。為加快電流的衰減速度，可在續(xù)流回路中串聯(lián)一個(gè)大小合適的電阻或者一定數(shù)值的穩(wěn)壓管。做上述處理后，電流的衰減速度會(huì)加快，在次級(jí)線圈中感應(yīng)電流電壓也會(huì)加大。能夠縮短MOSFET的關(guān)斷時(shí)間。圖3.5 簡單的磁耦合驅(qū)動(dòng)電路Fig.3.5 simple magnetic coupling driving circuit3.3 場控元器件的柵極保護(hù) 一般來說場控元器件的柵極有一層氧化物絕緣層，所以柵極-源極之間有很高的輸入電阻，而這一絕緣層有很是脆弱的，只能承

47、受幾十伏的電壓。由于絕緣性能好，柵極所聚集的靜電沒有釋放的途徑，長期積累可能產(chǎn)生較高的電壓而使絕緣層擊穿而損害期間。所以必須對(duì)場控元器件的柵極-源極之間采取專門的保護(hù)措施。其方法是：（1）柵極驅(qū)動(dòng)電路的輸出電壓不超過正負(fù)20伏；（2）在柵極和源極之間并聯(lián)一定數(shù)量的電阻，為聚集的靜電電荷提供釋放通路。（3）在柵極和源極之間并聯(lián)穩(wěn)壓二極管支路，該支路有兩個(gè)反相串聯(lián)的穩(wěn)壓二極管組成，其穩(wěn)壓值分別限制柵-源之間的正向電壓和反相電壓。（4）在存儲(chǔ)和運(yùn)輸時(shí)將場控元器件置于金屬或其他導(dǎo)電材料制成的容器中或?qū)⑵骷囊_短路，防止靜電的產(chǎn)生和積累。3.4 IR2110驅(qū)動(dòng)器IR2110是美國國際整流器公司利用自

48、身獨(dú)有的高壓集成電路及無門鎖CMOS 技術(shù)，于1990 年前后開發(fā)并投放市場的大功率MOSFET和IGBT專用柵極驅(qū)動(dòng)集成電路，已在電源變換、馬達(dá)調(diào)速等功率驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域中獲得了廣泛的應(yīng)用。該電路芯片體積小(DIP-14、SOIC-16)，集成度高(可驅(qū)動(dòng)同一橋臂兩路)，響應(yīng)快( ton /tof = 120/94 n s )，偏值電壓高( td=1/100000; %td為時(shí)間間隔 t=0:td:10; m=0.95; %調(diào)制度為0.95 y1=m*sin(pi/10*t); %正弦波函數(shù)F1=50HZ y2=abs(sawtooth(20*pi*t,0.5); %三角板函數(shù)F2=10KHZ pl

49、ot(t,y1,t,y2) %將兩個(gè)函數(shù)同時(shí)顯示 gridMATLAB得到的仿真圖4.4：圖 4.4Fig.4.44.2 80C51單片機(jī)的簡單介紹MCS51是Intel公司生產(chǎn)的一個(gè)單片機(jī)系列名稱。屬于這一系列的單片機(jī)有多鐘型號(hào)，如8051/8751/8031、8052/8752/8032、80C51/87C51/80C31、80C52/87C52/80C32等等。該系列單片機(jī)的生產(chǎn)工藝有兩種。一是早期的的HMOS工藝，二是現(xiàn)在的CHMOS工藝。CHMOS工藝既保持了HMOS高速度和高密度的特點(diǎn)，還具有CMOS的低功耗的特點(diǎn)。80C51是MCS51系列單片機(jī)中CHMOS工藝的一個(gè)典型品種。另

50、外以80C51為基核開發(fā)出的CHMOS工藝單片機(jī)產(chǎn)品統(tǒng)稱為80C51系列。4.2.1 單片機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用單片機(jī)在一塊芯片上集成了一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)所需要的基本部件。它在硬件結(jié)構(gòu)、指令功能等方面均有獨(dú)到之處，其特點(diǎn)如下： 性價(jià)比高。單片機(jī)性能穩(wěn)定，功能強(qiáng)大，價(jià)格便宜。 體積小，集成度高、可靠性高。單片機(jī)將一臺(tái)計(jì)算機(jī)所需要的基本部件集成在一塊芯片上，減少了各部件間的連線，能大大地提高運(yùn)行速度和抗干擾能力。 控制功能強(qiáng)。為了，滿足工業(yè)控制的需要，單片機(jī)有很強(qiáng)的位處理功能。在其他的邏輯控制功能等方面，也都優(yōu)于一般的8位微處理。單片機(jī)系統(tǒng)配置靈活、方便。由于單片機(jī)帶有一定數(shù)量的接口電路，容易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)

51、用系統(tǒng)。 單片機(jī)類型多。單從ROM類型來說，單片機(jī)的只讀存儲(chǔ)器有ROM、EPROM、EEPROM、Flash Memory等多種，可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇。 由于單片機(jī)具有如上所述的特點(diǎn)，因此在工業(yè)生產(chǎn)、日常生活等諸多領(lǐng)域，得到了日益廣泛的應(yīng)用，單片機(jī)的主要應(yīng)用領(lǐng)域有：工業(yè)控制，如在工業(yè)生產(chǎn)過程中參數(shù)（如溫度、壓力、流量、液位等）的控制，數(shù)據(jù)處理功能于一體，如轉(zhuǎn)速測試儀、噪聲測試儀、振動(dòng)測試儀及電子秤等。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與通信，單片機(jī)上有并行I/O接口角兒串聯(lián)I/0接口，可用于通信接口，如單片機(jī)控制的自動(dòng)呼叫應(yīng)答系統(tǒng)、列車無線通信系統(tǒng)、遙測遙控系統(tǒng)等。家用電器，由于單片機(jī)體積小，控制能力強(qiáng)，且片內(nèi)與

52、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，所以廣泛應(yīng)用于家用設(shè)備中。如空調(diào)、洗衣機(jī)、微波爐及防盜報(bào)警等。4.2.2 80C51的基本結(jié)構(gòu)80C51內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖4.5圖4.5Figure 4.580C51單片機(jī)基本型包含：一、CPU系統(tǒng)（1）8位CPU，含布爾處理器；（2）時(shí)鐘電路；（3）總線控制。二、存儲(chǔ)器系統(tǒng)（1）4KB的程序存儲(chǔ)器（ROM/EPROM/Flash,可外擴(kuò)至64KB）；（2）128B的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM，可在外擴(kuò)64KB）；（3）特殊功能寄存器SFR.三、I/O口和其他功能單元（1）4個(gè)并行I/O口；（2）2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器；（3）1個(gè)全雙工異步串行口（UART）；（4）中斷系統(tǒng)（5個(gè)中斷源、2

53、個(gè)優(yōu)先級(jí)）。圖4.6為80C51的外部引腳分布圖4.6Figure 4.64.2.3 80C51定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作方式80C51單片機(jī)定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0有4種工作方式（方式0、1、2、3），T1有三種工作方式。前三種工作方式，T0和T1除了使用的寄存器、有關(guān)控制位、標(biāo)志位不同外，其他操作完全相同。下面以定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0為例進(jìn)行介紹。一、方式0方式0為13位計(jì)數(shù)，由TL0的低五位和TH0的8位組成。TL0的低5位溢出時(shí)向TH0進(jìn)位，TH0溢出時(shí)，置位TCO中的TF0標(biāo)志，向CPU發(fā)出中斷請求。C/T=0時(shí)為定時(shí)器模式，若t為定時(shí)時(shí)間，N為計(jì)數(shù)值，為機(jī)器周期，則N=t/通常，在定時(shí)/計(jì)數(shù)器的應(yīng)用中

54、要求根據(jù)計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)求出送入TH1、TL1和TH0、TL0中的計(jì)數(shù)初值。計(jì)數(shù)初值公式為：X=-N=8192-N式中X為計(jì)數(shù)初值。另外，定時(shí)器的初值還可以采用計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)直接取補(bǔ)法獲得。二、方式1工作方式1與方式0基本相同，它們的差別僅在于計(jì)數(shù)的位數(shù)不同。方式1的計(jì)數(shù)位數(shù)是16位，由TL0作為低8位、TH0作為高8位，組成16位加1計(jì)數(shù)器。計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)與初值的關(guān)系為：X=-N=65536-N可見，初值在655350范圍時(shí)，計(jì)數(shù)范圍為：165536。計(jì)數(shù)初值要分解成2個(gè)字節(jié)分別送入TH0和TL0（對(duì)于T1則為TH1和TL1）中。三、方式2方式2為自動(dòng)重裝初值的8位技術(shù)方式。THO、TL0均裝入8位初值。當(dāng)TL

55、0計(jì)滿溢出時(shí)，由硬件使TF0置1，向CPU發(fā)出中斷請求，并將TH0中的計(jì)數(shù)初值自動(dòng)送入TL0。TL0從初值重新進(jìn)行加1計(jì)數(shù)。周而復(fù)始，直至TR0=0才會(huì)停止。計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)與計(jì)數(shù)初值的關(guān)系為X=-N可見，初值在2550范圍時(shí)，計(jì)數(shù)范圍為1256。三、方式3方式3只適合定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0。這里就不再詳細(xì)介紹。4.3 軟件設(shè)計(jì)思路SPWM技術(shù)的基本原理是以正弦波作為調(diào)制波去調(diào)制三角載波，由它們的交點(diǎn)確定逆變器的開關(guān)模式，使逆變器輸出度按照正弦規(guī)律變化的電壓脈沖陣列。按照這個(gè)原理，在利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)SPWM波形輸出時(shí)，一般是將正弦調(diào)制波輸入A/D模塊中，歸一化后，可以獲得按正弦規(guī)律變化的PWM波調(diào)制度。將事先

56、設(shè)計(jì)好的SPWM波調(diào)制度送入寄存器，通過不斷地更新調(diào)制度數(shù)據(jù)輸出幅值不變調(diào)制波隨正弦變化的SPWM波形序列。根據(jù)正弦波脈寬調(diào)制（SPWM）的產(chǎn)生原理，設(shè)，將正弦函數(shù)一周分為2p個(gè)等分，即正半周分為p等分，設(shè)等效矩形幅度為，脈沖寬度為，則： （4.7）那么第m個(gè)時(shí)間段中，矩形脈沖電壓作用時(shí)間對(duì)應(yīng)的相位寬度為。故 （4.8）而每個(gè)區(qū)間的相角寬度為/p，則占空比系數(shù)Dm為： （4.9）式中，。于是可以獲得四分之一個(gè)周期內(nèi)每個(gè)小區(qū)間的相角寬度，脈寬和占空比的數(shù)值。再利用正弦函數(shù)的奇偶性，得到整個(gè)周期每個(gè)小區(qū)間的、的值。將它列成一個(gè)表格，存放在ROM（或RAM）中。 本設(shè)計(jì)要求輸出電壓頻率為50Hz，即

57、要求最終輸出SPWM的頻率為50Hz。根據(jù)面積等效理論，我們將正弦半波分成了200份，則單脈沖序列的頻率為F=20KHz。程序設(shè)計(jì)中，設(shè)置每10個(gè)占空比相同的脈沖序列為一組，所以在正弦半波周期內(nèi)，共連續(xù)輸出20組占空比不同的波形序列，其占空比應(yīng)按照正弦規(guī)律變化。正弦波負(fù)半軸周期應(yīng)與此相同。4.3.1 SPWM脈沖列的控制如圖5.7所示，利用80C51單片機(jī)內(nèi)定時(shí)器T0對(duì)脈寬定時(shí)，定時(shí)器T1對(duì)脈沖總間隔2定時(shí)。定時(shí)到，改變1次并行口（P1.7）的電平狀態(tài)，就可以生成一個(gè)SPWM控制脈沖。下一個(gè)脈沖的生成方法相同，只不過脈寬按正弦規(guī)律在變化。而SPWM脈沖列的轉(zhuǎn)換周期等于正弦調(diào)制信號(hào)的周期。圖4.7Figure 4.4 為了實(shí)現(xiàn)對(duì)定時(shí)器的控制，需根據(jù)、2算出對(duì)定時(shí)器T0、T1計(jì)數(shù)器的初值。設(shè)T0、T1均為16位定時(shí)方式，晶振頻率為6MHz，則脈寬定時(shí)器T0的初值為：X0= （4.10）每個(gè)脈沖總間隔為2時(shí)，定時(shí)器的初值為：X1= （4.11）4.3.2 單片機(jī)查表法生成SPWM控制脈沖列所謂查表法，即先離線算出給定的不同正弦頻率（=1、2、50Hz），在每個(gè)正弦周期內(nèi)的N個(gè)SPWM脈沖的寬度總間隔2對(duì)應(yīng)定時(shí)器T0和T1的初值X0和X1，并按時(shí)間或者相位遞增的順序依次存于擴(kuò)展的EPROM中。運(yùn)行時(shí)，單片機(jī)只需要根據(jù)輸入的給定頻率，從內(nèi)